食品科學概論

第二章 食品化學

食品化學 2-1 食品 2-2 水 2-3 醣　類 2-4 油　脂 2-5 蛋白質 2-6 維生素與礦物質 2-7 酵素

2-1 食品 一切不含有害物質之天然物或其加工品並含一種以上營養成分。 食物：食品經過適當調味者並且添加色香味。 食品分：

2-2 水 一、水的定義 生物體含量最多的組成份(50～95%)，醃乾品除外。 提供生物化學反應進行的場所，運送細胞所需之營養物、廢物，且本身也參與化學反應。 它的含量與存在位置，影響生物細胞的活力，並且決定食品的品質。

2-2 水 二、水的功用 作為溶劑，使反應物流動，反應速率增加。 水可能是一種反應物，例如水解作用。 水可能是一種產物，水多可抑制梅納反應。 對中間物具有修飾作用，適量水可抑制油脂反應。

2-2 水 三、水的種類 自由水(free water) 結合水(bound water)

2-2 水 四、水活性 水活性(water activity)：簡寫αw ， αw ＝P∕Po＝ERH/100 食物中可用水活性自動測定儀測試。 P：食品所顯示的水蒸氣壓。 Po：某溫度下食品最大的水蒸氣壓。 ERH：平衡時的相對溼度。

2-2 水 αw與微生物關係 菌 名 生長最低限度αw 細 菌 0.90 黴 菌 0.80 酵 母 菌 0.88 耐 鹽 性 箘 菌　　　名 生長最低限度αw 細 菌 0.90 黴 菌 0.80 酵 母 菌 0.88 耐 鹽 性 箘 0.75以下 耐 乾 真 菌 0.65

2-2 水 五、水活性與食品化學反應速率關係 （見圖2-1）

▲圖2-1 食品中反應速率與水活性的關係

2-2 水 六、等溫吸濕曲線 （見圖2-2） A：相當於單層水分子 B：多層吸著（於單層外又有另一層） C：於溶解完物質中的可溶物後，再凝結存在於 物質洞內的水分。

▲圖2-2 吸附等溫線與去吸附等溫線

2-2 水 七、食品水分與食品保存 脫水乾燥 利用糖、鹽使食品脫水，降低αw ，以延長保存時間 降低溫度 其他

2-3 醣 類 一、醣類在食品加工上的功用 乳化性：阿拉伯膠、CMC。 成膠性：洋菜、果膠 糊化性：糊化(gelatinization) 2-3 醣　類 一、醣類在食品加工上的功用 乳化性：阿拉伯膠、CMC。 成膠性：洋菜、果膠 糊化性：糊化(gelatinization) 澱粉 膨潤(swelling) 保水性 褐變反應：提供香氣、顏色。

2-3 醣 類 二、多醣類的性質 澱粉 a.直鏈澱粉(amylose) b.支鏈澱粉(amylopectin) 2-3 醣　類 二、多醣類的性質 澱粉 a.直鏈澱粉(amylose) b.支鏈澱粉(amylopectin) 醣類的化學通式：Cm(H2O)n

2-3 醣 類 三、醣類在加工上的變化 1.非酵素性褐變 a.梅納反應(maillard reaction) 影響褐變反應的因子： 2-3 醣　類 三、醣類在加工上的變化 1.非酵素性褐變 a.梅納反應(maillard reaction) 影響褐變反應的因子： Ⅰ.carbonyl： <1> 化合物如： 一般α、β-不飽和醛（2-enalα- dicarbonyl化合物易亦於褐變）。ketone的褐變速度最慢。 <2> 五碳糖反應強，褐變速度平均比六碳糖快4倍，ribose＞ arabinose＞xylose，galactose＞mannose＞glucose。 <3> ketose之fructose其褐變速度依條件而異。

2-3 醣　類 Ⅱ.amino化合物：少有單獨會產生褐變者，但與羰基化合物共存，則會促進褐變。胺基酸、胜肽、蛋白質、胺類皆可參與褐變反應。但一般胺類比胺基酸褐變速度快，就胺基酸而言，一般以鹽基胺基酸褐變速度快。 Ⅲ.pH：pH3以上，褐變速度愈快。抗壞血酸(Ascorbic acid)在pH3前後最安定，越近鹼性越不安定，pH3以下酮醣(ketose)較不安定，易起褐變。

2-3 醣　類 Ⅳ.水分：amino-carbonyl，濃度越高，反應越快，但如在乾燥情形下，反應不進行。 水分10~15%最容易褐變反應。脂肪參與褐變反應與水份含量關係，水分超過5%，加速脂肪氧化而褐變亦開始進行。 Ⅴ.溫度：10℃溫度差可生成3~5倍的褐變速度之差，食品冷藏10℃以下，可防止相當程度褐變。 Ⅵ.amino-carbonyl反應時，加熱至80℃以上，O2存在與否，無關褐變，室溫貯藏時，O2可促進褐變反應。 Ⅶ.金屬離子Fe、Gu會催化還原酮(reductone)類的氧化，促進褐變。

▲圖2-2 梅納反應的基本反應機制

2-3 醣 類 焦糖反應(caramelization) 2-3 醣　類 焦糖反應(caramelization) 會影響食物的色、香、味。醣類加熱→引起糖分子內或分子間之縮合→產生黑褐色物質(caramel)，一般焦糖化需少量酸或鹼催化，glucose較fructose難脫水，形成著色物質慢。

2-4 油 脂 一、脂肪在食品中的作用及利用 高級的食品能源來源。 脂溶性維生素的攜帶者。 供給食品風味(flavor)。 2-4 油　脂 一、脂肪在食品中的作用及利用 高級的食品能源來源。 脂溶性維生素的攜帶者。 供給食品風味(flavor)。 增加進食後的飽足感。

2-4 油 脂 在生物體中作用： a.與細胞膜通透性，細胞壁構造有關。 b.能量儲藏。 c.脂肪組織有絕熱作用。 d.內臟器官的保護膜。 2-4 油　脂 在生物體中作用： a.與細胞膜通透性，細胞壁構造有關。 b.能量儲藏。 c.脂肪組織有絕熱作用。 d.內臟器官的保護膜。 e.與身體造型有關。

2-4 油 脂 煎炒、油炸時，脂質從熱交換媒介物中產生香味及色 澤。 酥油(shortenings)於烘烤中，能增加食品的鬆脆與嫩度。 2-4 油　脂 煎炒、油炸時，脂質從熱交換媒介物中產生香味及色 澤。 酥油(shortenings)於烘烤中，能增加食品的鬆脆與嫩度。 沙拉油(salad oil)加乳化劑做成的沙拉醬(mayonnaise)再添加其他添加物後，除仍能夠保持多孔狀及乳化態半固體的口感外，並能增進風味。 能充作乳化劑(emulsitiers) 供給必需脂肪酸

2-4 油　脂 使用單甘油酯與雙甘油酯，除能使餅乾變脆外並能防止麵包硬化。 糖果、點心使用卵磷脂，抑制微生物生長。

2-4 油 脂 二、油脂之化學性質 溶解性 油脂的皂化(saponification) 油脂的乳化 酸價 碘價 脂質氧化作用 2-4 油　脂 二、油脂之化學性質 溶解性 油脂的皂化(saponification) 油脂的乳化 酸價 碘價 脂質氧化作用 氫化作用(hydrogenation) 聚合反應(polymerization)

▲圖2-4 脂質氧化　

2-4 油　脂 三、影響自動氧化作用因子 脂肪酸不飽和程度 氧氣(O2) 光線 溫度 水分

2-4 油 脂 四、催化氧化作用 產生不良風味。 脫色效應及維生素之破壞。 麵糰(dough)性質之改變：流變性、漂白作用。 2-4 油　脂 四、催化氧化作用 產生不良風味。 脫色效應及維生素之破壞。 麵糰(dough)性質之改變：流變性、漂白作用。 酵素＋O2→可加速氧化。

2-4 油 脂 五、脂質水解(Lipolysis) 六、油雜味(Reversion) 2-4 油　脂 五、脂質水解(Lipolysis) 酯鍵結受酵素、熱力及化學作用水解。使得自由態脂肪酸含量增加，煙點下降，煎炸食品表面易變碎，褐變加速，吸油率上升。 六、油雜味(Reversion) 當過氧化物價仍低，油耗味未生出前所出現的臭味。

2-4 油 脂 七、油耗味(Rancidity) 氧化型油耗味 水解油耗味(hydrolytic rancidity) 2-4 油　脂 七、油耗味(Rancidity) 氧化型油耗味 水解油耗味(hydrolytic rancidity) 酮酸型敗油耗味(ketone rancidity)

表2-1 油雜味與油耗味之比較 油 雜 味 油 耗 味 過氧化價 低 高 不同的油脂 有不同的味道 味道相似 接受性 視人與地區而異 油　雜　味 油　耗　味 過氧化價 低 高 不同的油脂 有不同的味道 味道相似 接受性 視人與地區而異 均無法接受 產生的條件 於氮氣包裝或真空下仍能發生 需氧氣方能產生 抗氧化劑的作用 無效 有效

2-4 油 脂 八、轉戾香(Flavor reversion) 食用油，尤其是大豆油、菜籽油等在酸敗之前，其香味易變壞，稱之轉戾香。 2-4 油　脂 八、轉戾香(Flavor reversion) 食用油，尤其是大豆油、菜籽油等在酸敗之前，其香味易變壞，稱之轉戾香。 初期轉戾香，如豆一般，接著變為如乾草一般，再由油漆臭變為魚臭。 沙拉油與蛋黃醬(mayonnaise)多以大豆油為原料，易生轉戾香。 轉戾香會因光、溫度及微量金屬而生。過氧化價價為1~2之程度亦可生成（不同於自動氧化）。

2-4 油 脂 次亞麻油酸(linolenic acid)及製造硬化油時，所生成的isolinoleic acid易生成轉戾香。 主成分： 2-4 油　脂 次亞麻油酸(linolenic acid)及製造硬化油時，所生成的isolinoleic acid易生成轉戾香。 主成分： 青豆臭(3-cis-hexanal) 青草臭(2-trans-6-cis-nonadienal) 魚臭(4-cis-heptanal) 煮馬鈴薯時的味道(2，4-pentadienal)

2-4 油　脂 九、防止油脂氧化的方法 隔絕氧氣 溫度 光線 放射線 隔絕金屬離子 加抗氧化劑 相乘劑

2-5 蛋白質 一、蛋白質的重要性 所有細胞的主要成分。 身體內的代謝催化劑，如酵素。 調節代謝的物質，如激素。 身體的防衛武器，如抗體。 肌肉的收縮。

2-5 蛋白質 二、蛋白質的分類 1.單純蛋白質：加水分解後僅生成胺基酸者。 a. 白蛋白(albumin) b. 球蛋白(globulin) c. 榖蛋白(glutelin) d. 醇溶蛋白(prolamin) e. 硬蛋白或硬蛋白質(albuminoid) f. 組織蛋白(histone) g. 精蛋白(protamin)

2-5 蛋白質 2. 複合蛋白質：由單純蛋白質與糖、色素、磷等非蛋白物質所組成。 a.核蛋白質(nucleoprotein) b.醣蛋白質(carbohydrate-cotaining protein) c.磷蛋白質(phosphoprotein) d.色素蛋白質(chromoprotein) e.脂蛋白質(lecithoprotein或lipoprotein、lecithin)

2-5 蛋白質 3. 衍生蛋白質(derived protein)： 天然蛋白質受物理或化學上變化處理所得者。 a. 一級衍生蛋白質 b. 二級衍生蛋白質

2-5 蛋白質 三、蛋白質的組成 蛋白質是由22種胺基酸所組成，其他必需胺基酸有8～10種。其特性包括： 1.有旋光性（4個碳所接的原子基團均不同），只有 無旋光性

2-5 蛋白質 2.具緩衝作用，可調節H+ 3.離子結合(ion binding)：例如重金屬中毒，喝牛奶把重金屬沉澱下來。

2-5 蛋白質 四、蛋白質的性質 等電點(Isoelectric point) 蛋白質變性(protein denaturation) 變性原因： a. 物理性：加熱、凍結（還可恢復）、攪拌、照射、超音波、高壓（1000~3000大氣壓會造成蛋白質變性，若恢復常壓，則可恢復原狀，為可逆變性。 b. 化學性：稀酸、稀鹼、尿素、酒精、界面活性劑、 重金屬等化合物。

2-5 蛋白質 變性的兩個例子： a. 蛋白質＋稀酸、稀鹼 → 解離基電荷變化 → 分子內離子結合破壞 → 變性。 b. 蛋白質＋尿素 → 胜肽鍵間的氫鍵結合被切斷 → 蛋白質立體構造發生變化 → 變性。

2-5 蛋白質 變性結果： a. 蛋白質胜肰鍵更易被蛋白質水解酵素分解。 b. 溶解度下降。 c. 酵素活性減少或消失。 d. 不再結晶。 e. 黏度增加。 f. 旋光度增加。 g. 分子之不對稱性增加。 h. 氫鍵被破壞。 i. 可滴定之官能基增加，造成滴定曲線改變。 j. 增加雙硫基、硫氫基及酚基之反應活性。

2-5 蛋白質 五、加工對蛋白質的影響 過度加熱，營養降低 產生褐變反應（又叫梅納反應、糖胺反應）。 過度加熱亦會因脫氨、脫二氧化碳、脫硫等反應而減低乾重及氮、硫含量。 鹼性條件下，皮蛋加工會降低其營養價值。 蛋白質除與糖反應外，與脂肪反應，亦會使蛋白質消化率降低。

2-5 蛋白質 蛋白質之2級、3級、4級結構，皆可藉-S-S-鍵，靜電力，氫鍵或疏水鍵結而不被輻射游離。 有利影響：植物蛋白 營養價值提高，如大豆中含胰蛋白抑制劑，經適當加熱後，可抑制或完全破壞其活性。 加熱

2-6 維生素與礦物質 食物中的維生素及礦物質會因加工而損失，如： 切割 殺菁 化學藥品 儲藏變質

2-7 酵素 一、酵素的特性 是一種複合球蛋白，由一個或數個單體(subunit)聚合而成。 在溫和條件下進行作用：溫度20~50℃、pH值近於7、大氣壓力下進行反應。 反應速率快，在37℃下，一個酵素可與1萬個到1百萬個基質作用。 對基質特異性高。 過度加熱則變性，而失去催化活性。 部分酵素在凍結溫度下仍有活性。

2-7 酵素 二、食品加工上酵素的應用 提高食品品質。 增加副產品的利用。 合成食品的製造。 提高抽取食品的速度及收量。 改良風味。 穩定食品品質。

2-7 酵素 優點： 酵素是一種天然而無毒的物質。 高特異性下，不進行不必要的反應。 在溫和條件下，即可進行反應，不致影響食品品質。 催化效率高，低濃度下，即可進行反應。 調整溫度、pH值、酵素量，可控制酵素反應速率。 當反應進行至理想程度，很容易可抑制酵素活性，使反應不再進行。

2-7 酵素 三、食品加工最常用的酵素 酵 素 應 用 異構酵素 Glucose isomerase 生產含果糖糖漿。 轉移酵素 酵 素 應 用 異構酵素 Glucose isomerase 生產含果糖糖漿。 轉移酵素 O-methyl transferase 抑制由酚酶產生的褐變。

2-7 酵素 酵 素 應 用 氧化還原酵素 lipoxygenase diacetyl reductase glucose oxidase 酵 素 應 用 氧化還原酵素 lipoxygenase diacetyl reductase glucose oxidase Catalase 改良麵糰與麵包的風味並漂白之。 減少啤酒中的聯乙醯濃度。 移除食品中的氧氣或葡萄糖。 破壞用來殺菌的H2O2。移除由葡萄糖氧化酶反應產生的H2O2。

2-7 酵素 酵 素 應 用 水解酵素 α-amylase β-amylase glucoamylase 澱粉液化。 酵 素 應 用 水解酵素 α-amylase β-amylase glucoamylase 澱粉液化。 麵包醱酵產生葡萄糖。生產高麥芽糖糖漿。 由澱粉生產葡萄糖。 invertase 生產轉化糖供糖果、西點使用。 lactase 乳製品中水解乳糖。 cellulase complex 纖維素轉變為葡萄糖。 pectic enzyme complex 澄清果汁與葡萄酒。裂解水果渣，增加果汁抽出率。

2-7 酵素 酵 素 應 用 pullulanase 與α-和β-amylase共同作用澱粉生產高濃度麥芽糖，以增加釀造液中的醱酵糖濃度。 酵 素 應 用 pullulanase 與α-和β-amylase共同作用澱粉生產高濃度麥芽糖，以增加釀造液中的醱酵糖濃度。 pentosanases 減少麵包陳化。降低濃縮咖啡的粘度。 ribonucleases 5‘－核苷酸是風味增強劑。 β-glucanases 便利大麥芽汁醱酵液的過濾。 naringinase 柑橘產品的去苦味。

2-7 酵素 酵 素 應 用 stachyase 減少豆類產品因含raffinose，stachyose等寡糖類而造成腸中氣體的產生。 酵 素 應 用 stachyase 減少豆類產品因含raffinose，stachyose等寡糖類而造成腸中氣體的產生。 pregastric esterases 生產義大利乳酪的風味、糖果與烘焙工業的風味濃縮劑。 lipases 延遲麵包陳化；增強卵蛋白的起泡性；產生乳酪風味。

1、2、3、4及5用來嫩化肉品。1、2、3、4、5和6能改進啤酒的澄清度。 酵 素 應 用 1.papain 2.ficin 3.bromelain 4.fungal proteases 5.bacterial proteases 6.pepsin 7.rennin(chymosin) 8.microbial rennets 9.chymotrypsin 10.trypsin 11.collagennse 12.elastase 1、2、3、4及5用來嫩化肉品。1、2、3、4、5和6能改進啤酒的澄清度。 6、7及8凝聚牛奶成乳酪。4用於麵粉的修飾。 10延遲牛奶中風味的改變。 11與12軟化或嫩化肉中的結締組織，選擇水解蛋白酶產生蛋白水解液，可供調味品。 6、9生產“plasteins”（一種由蛋白水解液再合成的蛋白質）。

2-7 酵素 四、酵素性褐變(Enymatic browning) 褐變原因： a.多酚氧化酶(polyphenol oxidase) b.酪胺酸酶(tyrosinase)

▲圖2-5 酵素性褐變之反應機制

2-7 酵素 防止方法： O2 酵素的去除 銅離子去除 substrate去除 酸化（降低pH值小於3以下）

2-7 酵素 五、固定化酵素(Immobilized enzyme) 利用固定化酵素之優點： 酵素再利用率提高，降低成本。 增加連續式(continuous type)操作： 工程設計方面的多變性，使基質由一端通入酵素固定槽，另一端流出。

2-7 酵素 可連續式多種不同反應，提高效率，即由 酵素固定後，性質改變，可能更適合食品加工的要求，如：有最適pH值、溫度轉移。

2-7 酵素 利用固定化酵素之缺點： 需利用有毒的化學藥品，促使酵素與支持的結合，若殘留於食品中，則會影響健康。 連續操作時，反應槽常留微生物其可利用食品養分 生長，污染食品。 酵素固定後，酵素的活性、穩定性、pH及溫度與Km均會改變，可能會影響品質。 固定酵素化的方法： 物理方法 化學方法

2-7 酵素 表2-2 應用於食品加工或有發展潛能的固定化酵素 酵 素 加 工 glucose oxidase 去食品中之氧去蛋中之糖 酵 素 加 工 glucose oxidase 去食品中之氧去蛋中之糖 catalase 牛奶的冷殺菌 lipase 乳脂產生風味 α-amylase 澱粉液化 β-amylase 高麥芽糖糖漿 glucoamylase 由澱粉生產葡萄糖 pullulanase 澱粉去支鏈

2-7 酵素 表2-2 應用於食品加工或有發展潛能的固定化酵素（續） 酵素 加工 β-galactosidase 水解乳製品中的乳糖 invertase 水解蔗糖生轉化糖 naringinase 去柑橘汁的苦味 proteases 牛奶的凝聚，改善啤酒的澄清度製造蛋白質水解液。 aminoacylase 分解左旋與右旋氨基酸 glucose Isomerase 由葡萄糖製果糖